[发明专利]一种半空间环境下的边界元法近场声全息变换方法

说明书

本发明公开了一种半空间环境下的边界元法近场声全息变换方法，包括步骤一：建立半空间环境下的近场声全息测量模型，获取真实声源以及镜像虚源的源面上的节点坐标信息；步骤二：建立基于边界元理论的亥姆霍兹‑基尔霍夫(Helmholtz‑Kirchhoff)积分方程；步骤三：建立相应的传递矩阵；步骤四：建立全息变换关系式；步骤五：全息重建过程中的正则化处理。本发明考虑半空间测试环境，对传统半空间边界元法进行了改进，考虑了半空间中界面对源面声压及振速场的影响，建立了半空间环境下的全息变换矩阵，从而提高重构精度。

技术领域

本发明涉及一种半空间环境下的边界元法近场声全息变换方法，属于声全息领域中提高结构源面声压重构精度的变换方法。

背景技术

近场声全息技术已经被引入声源或振动体辐射场的测量与分析、噪声源识别定位及结构表面源强度评价等领域，成为当前声学领域一大研究热点。近场声全息技术的基本思想是对声源近场域内的复声压信息进行测量，并将测量得到的复声压信息按照声场变换算法进行重构，进而实现整个三维辐射声场中的声压、质点振速、声强和辐射声功率等声学量的预测，从而进行噪声源精确定位以及整个声场的可视化。目前，已发展了多项声全息空间变换技术，依据全息重建算法的类型主要分为两大类：共形面的声全息变换技术以及非共形面的声全息变换技术。其中，基于边界元法(BEM)的声全息变换技术凭借其在任意形面的全息变换技术中的重建优势，较为广泛的适用于实际工程应用中。其基本思想是将边界上的积分方程进行离散化处理，根据全息面与源面上声学参量的变换关系，建立全息变换矩阵，利用近场区域内的全息声压测试结果，实现声源表面的声学量重建，以及对源外部的声场预报。

在CNKI库中公开报道有：1.《半空间声全息法水下噪声源识别技术研究》，该论文建立了半空间近场声全息理论模型,提出了基于快速傅利叶变换的半空间声场全息重建技术。2.《运动声源的边界元声全息识别方法研究》，该文章主要提出了半空间格林函数，并进行了半空间环境中的边界元法非共形全息变换方法仿真及试验，验证了将声源关于水面镜面对称处理的有效性。3.《海底反射对声全息测试精度的影响研究》，针对声全息技术在实艇测试中存在的海底声反射问题，结合镜像法和半空间声全息理论，通过仿真计算，研究了某海区海底声反射对声全息测试结果的影响。以上文献中仅考虑了虚源对声场的影响，并没有考虑水面对结构的影响。在实际环境中，当声源近水面放置时，噪声源外部的辐射声场经水面反射后，会对源表面产生影响，因此，采用以上方法的重建结果必然存在较大误差。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种考虑了半空间中界面对源面声压及振速场的影响，有效提高重构精度的半空间环境下的边界元法近场声全息变换方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种半空间环境下的边界元法近场声全息变换方法，包括以下步骤：

步骤一：建立半空间环境下的近场声全息测量模型，获取真实声源以及镜像虚源的源面上的节点坐标信息：

结合待分析的结构模型以及半空间界面位置，建立真实声源与镜像虚源的源面模型，并进行网格划分，确定真实声源以及镜像虚源的源面上的各节点的坐标信息，采用双平面作为全息测量面，建立源面模型，按照一个波长内不小于6个点的规则，采用8节点单元进进行网格划分；

步骤二：建立基于边界元理论的亥姆霍兹-基尔霍夫积分方程，具体为：

设弹性结构体处于无限流体介质中，S表示弹性结构体表面，D_i表示弹性结构体内部区域，弹性结构体外部区域的D_o充满密度为ρ，声速为c的流体，弹性结构体外部的场点表示为p，弹性结构体上的点表示为q，将弹性结构体表面边界S进行离散化处理，分为M个小单元，共N个节点，依据有限元和边界元理论，建立基于边界元理论的亥姆霍兹-基尔霍夫积分方程：